JP2015119310A - Surface acoustic wave filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造からなる積層基板上に表面波伝搬方向に沿って複数のインターデジタルトランスデューサ(以下、IDT)を配置してなる弾性表面波フィルタ(以下、SAWフィルタ)に関し、特に、通過帯域近傍における減衰量を高め得る構造を備えたSAWフィルタに関する。 The present invention provides an elastic surface in which a plurality of interdigital transducers (hereinafter referred to as IDTs) are arranged along a surface wave propagation direction on a laminated substrate having a laminated structure of a piezoelectric film / low acoustic velocity film / high acoustic velocity film / support substrate. The present invention relates to a wave filter (hereinafter referred to as a SAW filter), and more particularly, to a SAW filter having a structure capable of increasing the attenuation in the vicinity of a pass band.
SAWフィルタは、小型であり、かつ急峻なフィルタ特性を有することを特徴としている。従って、従来より種々の構造のSAWフィルタが提案され、使用されている。 The SAW filter is small and has a steep filter characteristic. Therefore, SAW filters having various structures have been proposed and used.
図1は、従来の弾性表面波フィルタの一例として、3電極型SAWフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ1は、矩形の圧電基板2上に3個のIDT3〜5を配置した構造を有する。なお、6,7は反射器を示す。SAWフィルタ1では、IDT3,5の一方の櫛歯電極が共通接続されて入力端とされており、IDT4の一方の櫛歯電極が出力端とされている。IDT3〜5の他方の櫛歯電極は、アース電位に接続されている。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a three-electrode SAW filter as an example of a conventional surface acoustic wave filter. The
図2は、従来のSAWフィルタの他の例を示す略図的平面図である。SAWフィルタ8は、圧電基板2の上面に2個のIDT9,10を表面波伝搬方向に沿って配置した構造を有する。IDT9,10の両側には反射器6,7が配置されている。この2電極型SAWフィルタ8では、IDT9の一方の櫛歯電極が入力端として、IDT10の一方の櫛歯電極が出力端として用いられる。IDT9,10の他方の櫛歯電極はアース電位に接続されている。
FIG. 2 is a schematic plan view showing another example of a conventional SAW filter. The SAW filter 8 has a structure in which two
図3は、従来のSAWフィルタのさらに他の例を示す略図的平面図である。SAWフィルタ11は矩形の圧電基板2の上面に表面波伝搬方向に沿って7個のIDT12〜18を配置した構造を有し、多電極形SAWフィルタと称されているものである。IDT12,14,16,18の一方の櫛歯電極が共通接続されて入力端として用いられ、IDT13,15,17の一方の櫛歯電極が共通接続されて出力端として用いられている。また、IDT12〜18の他方の櫛歯電極は、それぞれ、アース電位に接続される。
FIG. 3 is a schematic plan view showing still another example of a conventional SAW filter. The
このような多電極型SAWフィルタ11では、多数のIDT12〜18を配置してなるものであるため、挿入損失を低減することができる。
In such a
上記のように、SAWフィルタとして、挿入損失を低減するために種々の構造のものが提案されている。しかしながら、挿入損失の低減を図った場合、SAWフィルタの通過帯域近傍における減衰量があまり大きくならず、特に上記のような表面波共振子を用いたSAWフィルタにおいては、通過帯域近傍の減衰量が小さいという問題があった。 As described above, SAW filters having various structures have been proposed in order to reduce insertion loss. However, when the insertion loss is reduced, the amount of attenuation in the vicinity of the pass band of the SAW filter is not so large. In particular, in the SAW filter using the surface wave resonator as described above, the amount of attenuation in the vicinity of the pass band is small. There was a problem of being small.
通過帯域近傍における減衰量を高めるには、SAWフィルタの段数を増大し、多段接続すればよいと考えられる。しかしながら、SAWフィルタの段数を増大させた場合には、段数に比例して挿入損失が増加することになる。 In order to increase the attenuation in the vicinity of the pass band, it is considered that the number of stages of the SAW filter is increased and multiple stages are connected. However, when the number of stages of the SAW filter is increased, the insertion loss increases in proportion to the number of stages.
従って、挿入損失を増大させることなく、通過帯域近傍における減衰量を大きくし得るSAWフィルタの登場が望まれている。特に、携帯電話などの移動体通信においては、送信側及び受信側の周波数間隔が狭く、通過帯域近傍の減衰量を十分に確保する必要がある。しかしながら、従来のSAWフィルタでは、このような要求を満たすことが困難であった。 Therefore, the appearance of a SAW filter that can increase the attenuation near the passband without increasing the insertion loss is desired. In particular, in mobile communication such as a cellular phone, the frequency interval between the transmission side and the reception side is narrow, and it is necessary to sufficiently secure the attenuation near the passband. However, it has been difficult for conventional SAW filters to satisfy such requirements.
本発明の目的は、通過帯域のフィルタ特性を損なうことなく、通過帯域近傍における減衰量、特に通過帯域の高周波数側における減衰量を高め得る構造を備えたSAWフィルタを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a SAW filter having a structure capable of increasing the attenuation in the vicinity of the pass band, in particular, the attenuation on the high frequency side of the pass band without impairing the filter characteristics of the pass band.
請求項1に記載の発明は、圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造からなる積層基板上に表面波伝搬方向に沿って複数のIDTを配置してなるSAWフィルタにおいて、前記SAWフィルタの入出力側の少なくとも一方側に、少なくとも1個のIDTを有する少なくとも1個の1ポート型表面波共振子(以下、SAW共振子)が直列に接続されており、かつ前記1ポート型SAW共振子の反共振周波数がSAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に設定されていることを特徴とする、SAWフィルタである。
The invention according to
上記圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造からなる積層基板上に表面波伝搬方向に沿って複数のIDTを配置してなるSAWフィルタとしては、前述したような2電極型もしくは3電極型のSAW共振子フィルタの他、多電極型SAWフィルタも含まれる。本発明では、上記のような各種SAWフィルタにおいて、上記少なくとも1個の1ポート型SAW共振子が直列に接続されていることを特徴とする。 As a SAW filter in which a plurality of IDTs are arranged along the surface wave propagation direction on a laminated substrate having a laminated structure of the above piezoelectric film / low acoustic velocity film / high acoustic velocity membrane / support substrate, a two-electrode type as described above is used. Alternatively, a multi-electrode SAW filter is also included in addition to the three-electrode SAW resonator filter. In the present invention, in the various SAW filters as described above, the at least one 1-port SAW resonator is connected in series.
請求項2に記載の発明では、前記圧電膜がLiTaO3からなり、前記1ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MHz)、電極指の対数をN、交差幅をA(μm)としたときに、1ポートSAW共振子が1個の場合には、下記の式(1) According to a second aspect of the present invention, the piezoelectric film is made of LiTaO 3 , the resonance frequency of the one-port SAW resonator is f 0 (MHz), the number of electrode fingers is N, and the crossing width is A (μm). When there is one 1-port SAW resonator, the following equation (1)
請求項1に記載の発明では、SAWフィルタの入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の上記1ポート型SAW共振子が直列に接続されている。この1ポート型SAW共振子は、その反共振周波数がfa がSAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように構成されている。従ってSAWフィルタ全体の通過帯域特性において、通過帯域の高周波数側において上記1ポート型SAW共振子の反共振点が位置するため、通過帯域の高域側における減衰量が高められる。 According to the first aspect of the present invention, at least one 1-port SAW resonator is connected in series to at least one of the input / output sides of the SAW filter. This one-port SAW resonator is configured such that its anti-resonance frequency f a is located on the higher frequency side than the pass band of the SAW filter. Therefore, in the passband characteristics of the entire SAW filter, the anti-resonance point of the one-port SAW resonator is located on the high frequency side of the passband, so that the attenuation on the high side of the passband is increased.
請求項2に記載の発明では、後述の実施形態から明らかなように、LiTaO3 からなる圧電膜を用いたSAWフィルタにおいて、上述した式(1)を満たすように1ポート型SAW共振子が構成されているので、挿入損失をあまり増大させることなく、通過帯域の高域側における減衰量を効果的に改善することができる。
In the invention according to
なお、上記請求項2に記載の発明における式(1)は、後述の実施形態から明らかなように、本願発明者により理論的に確かめられたものである。
In addition, Formula (1) in the invention of the said
請求項1に記載の発明では、SAWフィルタの入出力側の少なくとも一方に、少なくとも1個の1ポート型SAW共振子が直列に接続されており、かつ該1ポート型SAW共振子の反共振周波数がSAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように1ポート型SAW共振子が設計されているため、通過帯域よりも高周波数側における減衰量を約10〜20dB改善することができる。 According to the first aspect of the present invention, at least one 1-port SAW resonator is connected in series to at least one of the input / output sides of the SAW filter, and the anti-resonance frequency of the 1-port SAW resonator is Since the 1-port SAW resonator is designed so that is positioned on the higher frequency side than the pass band of the SAW filter, the attenuation on the higher frequency side than the pass band can be improved by about 10 to 20 dB.
従って、通過帯域に比べて減衰域における減衰量が増大されるため、フィルタ特性の急峻性が高められる。よって、携帯電話機における送受信側の周波数のように、周波数間隔の狭い用途に用いるのに適したSAWフィルタを提供することが可能となる。 Therefore, the amount of attenuation in the attenuation region is increased as compared with the passband, so that the steepness of the filter characteristics is enhanced. Therefore, it is possible to provide a SAW filter suitable for use in applications having a narrow frequency interval, such as the frequency on the transmission / reception side of the mobile phone.
また、請求項2に記載の発明では、LiTaO3 を圧電膜材料として用いた場合、上述した式(1)を満たすように1ポート型SAW共振子を設計することにより、挿入損失を増大させることなく請求項1に記載の発明のように通過帯域外における減衰量、特に通過帯域よりも高周波数域における減衰量を効果的に高めることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, when LiTaO 3 is used as the piezoelectric film material, the insertion loss is increased by designing the one-port SAW resonator so as to satisfy the above-described formula (1). Instead, as in the first aspect of the present invention, it is possible to effectively increase the attenuation outside the pass band, particularly the attenuation in the higher frequency range than the pass band.
以下、図面を参照しつつ実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing embodiments with reference to the drawings.
図4は、本発明の第1の実施形態に係るSAWフィルタを示す略図的平面図である。図5(A)は、本発明の第1の実施形態に係るSAWフィルタを示す要部断面図である。SAWフィルタ21は、矩形の積層基板22を用いて構成されている。積層基板22は、圧電膜224/低音速膜223/高音速膜222/支持基板221の積層構造を備えている。積層基板22の上面22a上には、端縁22b側において、複数のIDT23〜25が表面波伝搬方向に沿って配置されている。
FIG. 4 is a schematic plan view showing the SAW filter according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a cross-sectional view of a main part showing the SAW filter according to the first embodiment of the present invention. The
IDT23〜25は、3電極型SAWフィルタを構成するために設けられている。なお、IDT23〜25の両側には、反射器26,27が配置されている。IDT23,25の一方の櫛歯電極は、図示のように共通接続されて入力端として用いられる。IDT23,25の他方の櫛歯電極は、アース電位に接続されている。
また、IDT24の一方の櫛歯電極はアース電位に接続されており、他方の櫛歯電極が出力端OUTに後述の1ポート型表面波共振子28を介して接続されている。
One comb-teeth electrode of the
本実施形態の特徴は、1ポート型SAW共振子28が、IDT24の他方の櫛歯電極と、出力端との間に、すなわち3電極型SAWフィルタの出力側に直列に接続されていることにある。
The feature of this embodiment is that the 1-
SAW共振子28は、互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛歯電極28a,28bを有する。一方の櫛歯電極28aが、上記IDT24の櫛歯電極に接続されており、他方の櫛歯電極28bが出力端OUTに接続される。
The
上記SAW共振子28の反共振周波数fa は、IDT23〜25で構成される3電極型SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように構成されている。従って、後述の動作原理の説明から明らかなように、SAWフィルタ21のフィルタ特性において、通過帯域の高周波数側における減衰量を高めることが可能とされている。
The anti-resonance frequency f a of the
上述のとおり、本実施形態のSAWフィルタ21は、圧電膜224/低音速膜223/高音速膜222/支持基板221の積層構造からなる積層基板22を備え、積層基板22上にIDT23〜25、反射器26,27、SAW共振子28が形成された構造を有する。以下、詳しく説明する。
As described above, the
積層基板22は、支持基板221を有する。支持基板221上に、音速が相対的に高い高音速膜222が積層されている。高音速膜222上に、音速が相対的に低い低音速膜223が積層されている。また、低音速膜223上に圧電膜224が積層されている。この圧電膜224の上面にIDT23〜25、反射器26,27、SAW共振子28が積層されている。なお、圧電膜224の下面にIDT23等が積層されていてもよい。
The
上記積層基板22は、高音速膜222、低音速膜223、圧電膜224及びIDT23等を有する積層構造を支持し得る限り、適宜の材料により構成することができる。このような材料としては、サファイア、リチウムタンタレート、リチュウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。本実施形態では、支持基板221は、ガラスからなる。
The
上記高音速膜222は、弾性表面波を圧電膜224及び低音速膜223が積層されている部分に閉じ込め、高音速膜222より下の構造に漏れないように機能する。本実施形態では、高音速膜222は、窒化アルミニウムからなる。もっとも、上記弾性波を閉じ込め得る限り、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、DLC膜またはダイヤモンド、前記材料を主成分とする媒質、前記材料の混合物を主成分とする媒質等のさまざまな高音速材料を用いることができる。弾性表面波を圧電膜224及び低音速膜223が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速膜222の膜厚は厚いほど望ましく、弾性表面波の波長のλの0.5倍以上、さらには1.5倍以上であることが望ましい。
The high
なお、本明細書において、高音速膜とは、圧電膜224を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、該高音速膜中のバルク波の音速が高速となる膜を言うものとする。また、低音速膜とは、圧電膜224を伝搬するバルク波よりも、該低音速膜中のバルク波の音速が低速となる膜を言うものとする。また、ある構造上のIDTからは様々な音速の異なるモードの弾性波が励振されることになるが、圧電膜224を伝搬する弾性波とは、フィルタや共振子の特性を得るために利用する特定のモードの弾性波を示す。上記バルク波の音速を決定するバルク波のモードは、圧電膜224を伝搬する弾性波の使用モードに応じて定義される。高音速膜222及び低音速膜223がバルク波の伝搬方向に関し等方性の場合には、下記の表1に示すようになる。すなわち、下記の表1の左軸の弾性波の主モードに対し下記の表1の右軸のバルク波のモードにより、上記高音速及び低音速を決定する。P波は縦波であり、S波は横波である。
In the present specification, the high acoustic velocity film refers to a membrane in which the acoustic velocity of the bulk wave in the high acoustic velocity film is higher than that of the surface wave and boundary acoustic wave propagating through the
なお、下記の表1において、U1はP波を主成分とし、U2はSH波を主成分とし、U3はSV波を主成分とする弾性波を意味する。 In Table 1 below, U1 means a P wave as a main component, U2 means an SH wave as a main component, and U3 means an elastic wave whose main component is an SV wave.
上記低音速膜223及び高音速膜222は、上記のように決定される高音速及び低音速を実現し得る適宜の誘電体材料からなる。
The low
圧電膜224は、本実施形態では、38.5°YカットのLiTaO3すなわちオイラー角で(0°,128.5°、0°)のLiTaO3からなり、膜厚は、IDT23〜25の電極周期で定まる弾性表面波の波長をλとすると、0.25λである。もっとも、圧電膜224は、他のカット角のLiTaO3、例えば50°YカットのLiTaO3などにより形成してもよく、あるいはLiTaO3以外の圧電単結晶により形成してもよい。
The
本願発明では、上記高音速膜222と、圧電膜224との間に上記低音速膜223が配置されているため、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。従って、圧電膜224内及び弾性波が励振されているIDT内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。そのため、低音速膜223が設けられていない場合に比べて、本実施形態によれば、損失を低減し、Q値を高めることができる。また、高音速膜222は、弾性波を圧電膜224及び低音速膜223が積層されている部分に閉じ込め、高音速膜222より下の構造に漏れないように機能している。即ち、本願の構造では、フィルタや共振子の特性を得るために利用する特定のモードの弾性波のエネルギーは圧電膜224及び低音速膜223の全体に分布し、高音速膜222の低音速膜側の一部にも分布し、積層基板22には分布しないことになる。高音速膜222により弾性波を閉じ込めるメカニズムは非漏洩なSH波であるラブ波型の表面波の場合と同様のメカニズムである。
In the present invention, since the low
図5(A)では、圧電膜224/低音速膜223/高音速膜222/支持基板221の積層構造で構成された積層基板を示したが、図5(B)に示すように、媒質層225が、支持基板221と高音速膜222との間に積層されていてもよい。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。従って、第1の実施形態の説明を援用することとする。従って、上から順に、IDT23等、圧電膜224、低音速膜223、高音速膜222、媒質層225及び支持基板221がこの順序で積層されている。
In FIG. 5A, a laminated substrate having a laminated structure of
媒質層225としては、誘電体、圧電体、半導体または金属などのいずれの材料を用いてもよい。その場合であっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、媒質層225が金属からなる場合には、比帯域を小さくすることができる。従って、比帯域が小さい用途では、媒質層225が金属からなることが好ましい。
As the
また、図5(C)に示すように、支持基板221と高音速膜222との間に、媒質層225及び媒質層326が積層されていてもよい。すなわち、上から順に、IDT23等、圧電膜224、低音速膜223、高音速膜222、媒質層225、媒質層226及び支持基板221がこの順序で積層されている。媒質層225及び媒質層226以外は、第1の実施形態と同様に構成されている。
In addition, as illustrated in FIG. 5C, a
媒質層225,226は、誘電体、圧電体、半導体または金属などのいずれの材料を用いてもよい。その場合であっても、第1の実施形態の弾性表面波装置と同様の効果を得ることができる。
The
本実施形態(変形例)では、圧電膜224、低音速膜223、高音速膜222及び媒質層225からなる積層構造と、媒質層226及び支持基板221からなる積層構造を別々に作製した後、両積層構造を接合する。しかる後、IDT23等を圧電膜224上に形成する。それによって、各積層構造を作製する際の製造上の制約条件に依存せずに、本実施形態の弾性表面波装置を得ることができる。従って、各層を構成する材料の選択の自由度を高めることができる。
In the present embodiment (modification), a laminated structure composed of the
なお、上記2つの積層構造の接合に際しては、任意の接合方法を用いることができる。このような接合構造としては、親水化接合、活性化接合、原子拡散接合、金属拡散接合、陽極接合、樹脂やSOGによる接合などの様々な方法を用いることができる。 Note that any joining method can be used for joining the two laminated structures. As such a bonding structure, various methods such as hydrophilic bonding, activation bonding, atomic diffusion bonding, metal diffusion bonding, anodic bonding, bonding with resin or SOG can be used.
図6は、本発明の第2の実施形態に係るSAWフィルタ31を示す略図的平面図である。圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造からなる、矩形の積層基板32の上面32a上に2個のIDT33,34が配置されている。IDI33の一方の櫛歯電極が入力端に、他方の櫛歯電極がアース電位に接続されている。IDT34の一方の櫛歯電極はアース電位に、他方の櫛歯電極は、後述のSAW共振子37,38を介して出力端OUTに接続されている。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a
なお、35,36は反射器を示す。すなわち、IDT33,34及び反射器35,36により、図2に示した2電極型SAWフィルタと同一の構造が構成されている。
本実施形態では、上記2電極型SAWフィルタの出力側において、該SAWフィルタと直列に、2個の1ポート型SAW共振子37,38が接続されている。SAW共振子37,38は、第1の実施形態のSAW共振子28と同様に、それぞれ、一対の櫛歯電極37a,37b,38a,38bを有する。もっとも、櫛歯電極37bと櫛歯電極38aとはバスバーが共通とされている。そして、図示のように櫛歯電極37aがIDT34に接続されており、櫛歯電極38bが出力端OUTに接続されている。
In the present embodiment, two 1-
第2の実施形態においても、1ポート型SAW共振子37,38は、それぞれ、その反共振周波数が上記2電極型SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように設計されている。従って、第1の実施形態の場合と同様に、通過帯域よりも高周波数側における減衰量を増大させることが可能とされている。
Also in the second embodiment, the 1-
図7は、本発明の第3の実施形態に係るSAWフィルタを示す略図的平面図である。SAWフィルタ41は、圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造からなる、矩形の積層基板42を用いて構成されている。積層基板42の上面42a上には、中央において、複数のIDT43〜49が表面波伝搬方向に沿って配置されている。
FIG. 7 is a schematic plan view showing a SAW filter according to a third embodiment of the present invention. The
IDT43〜49は、多電極型SAWフィルタを構成するために設けられている。IDT43,45,47,49の一方の櫛歯電極は、図示のように共通接続され、後述の1ポート型SAW共振子50を介して入力端INに接続されている。IDT43,45,47,49の他方の櫛歯電極はアース電位に接続されている。
The
また、IDT44,46,48の一方の櫛歯電極はアース電位に接続されており、他方の櫛歯電極は共通接続され、後述の1ポート型SAW共振子51を介して出力端OUTに接続されている。
Also, one comb electrode of the
すなわち、本実施形態のSAWフィルタ41は、多電極型SAWフィルタの入力側及び出力側の双方において、直列に各1個のSAW共振子50,51を接続したことに特徴を有する。
That is, the
1ポート型SAW共振子50,51は、それぞれ、その反共振周波数fa が中央に構成されている多電極型SAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に位置するように設計されている。よって、第1,第2の実施形態の場合と同様に、SAWフィルタ41では通過帯域の高周波数側における減衰量を増大させることが可能とされている。
Each of the 1-
なお、第2,第3の実施形態のように、複数の1ポート型SAW共振子を接続する場合には、共振周波数やインピーダンスの異なるSAW共振子を用いることにより、SAWフィルタ全体の特性を所望の特性により一層近づけることができる。 When connecting a plurality of 1-port SAW resonators as in the second and third embodiments, the SAW filter characteristics are desired by using SAW resonators having different resonance frequencies and impedances. It can be made closer to the characteristics.
なお、上述した第1〜第3の実施形態においては、、各IDT及び反射器は圧電膜の上面及び下面のいずれに形成されていてもよい。 In the first to third embodiments described above, each IDT and reflector may be formed on either the upper surface or the lower surface of the piezoelectric film.
次に、本発明の動作原理を、具体的な実験結果に基づき説明する。1ポート型SAW共振子は、一般に、図8に示す等価回路で表される。図8を参照して、1ポート型SAW共振子61は、互いに直列に接続されたインダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 と、該インダクタンスL1 、容量C1 及び抵抗R1 に並列に接続された容量C0 とを有する。このSAW共振子61のインピーダンス−周波数特性は図9に示す通りであり、共振周波数f0 付近でインピーダンスが最小値となり、反共振子周波数fa 付近でインピーダンスが最大値となる。
Next, the operation principle of the present invention will be described based on specific experimental results. A one-port SAW resonator is generally represented by an equivalent circuit shown in FIG. Referring to FIG. 8, a 1-
従って、前述した2電極型もしくは3電極型SAWフィルタや多電極型SAWフィルタにおいて、上記1ポート型SAW共振子を入出力側の少なくとも一方において直列に接続した場合、上記SAW共振子の反共振周波数fa を減衰極とするトラップを構成することができる。よって、前述した2電極型もしくは3電極型のSAW共振子フィルタや多電極型SAWフィルタのような低損失フィルタと組み合わせることにより、上記SAW共振子の反共振周波数fa 付近の減衰量を増大させることができる。 Therefore, in the above-described two-electrode or three-electrode SAW filter or multi-electrode SAW filter, when the one-port SAW resonator is connected in series on at least one of the input and output sides, the anti-resonance frequency of the SAW resonator the f a can be configured to trap the attenuation pole. Thus, by combining a low-loss filter such as SAW resonator filter or a multi-electrode type SAW filter of the two-electrode type or three-electrode type described above, to increase the attenuation in the vicinity of the antiresonance frequency f a of the SAW resonator be able to.
この場合、SAW共振子の反共振周波数fa をSAWフィルタの通過帯域よりも高周波数側に設定し、かつ共振周波数f0 をSAWフィルタの通過帯域内に位置させれば、通過帯域における挿入損失をあまり悪化させることなく、通過帯域より高周波数側における減衰量を増大させることができる。 In this case, setting the antiresonance frequency f a of the SAW resonator in the high frequency side of the passband of the SAW filter, and if brought into position the resonance frequency f 0 in the pass band of the SAW filter, the insertion loss in the pass band The amount of attenuation on the higher frequency side than the passband can be increased without deteriorating so much.
もっとも、1ポート型SAW共振子の共振周波数におけるインピーダンス値が高い場合には、インピーダンス整合範囲が狭くなり、SAWフィルタの挿入損失が増大する。従って、以下の実験例で示されるように、SAWフィルタの構成に応じて付加すべき1ポート型SAW共振子のIDTを設計することが望ましい。 However, when the impedance value at the resonance frequency of the 1-port SAW resonator is high, the impedance matching range becomes narrow, and the insertion loss of the SAW filter increases. Therefore, as shown in the following experimental example, it is desirable to design an IDT of a 1-port SAW resonator to be added according to the configuration of the SAW filter.
いま、1ポート型SAW共振子の共振周波数をf0 (MHz)、電極指の対数をN(対)、交差幅をA(μm)とすると、M=f0 /(N×A)は、SAW共振子の電極間容量の逆数に比例した値となり、比例定数は基板材料により決定される。 Now, assuming that the resonance frequency of a 1-port SAW resonator is f 0 (MHz), the number of electrode fingers is N (pair), and the crossing width is A (μm), M = f 0 / (N × A) is The value is proportional to the reciprocal of the interelectrode capacitance of the SAW resonator, and the proportionality constant is determined by the substrate material.
なお、1ポート型SAW共振子を複数個接続した場合には、個々の1ポートSAW共振子についてf0 /(N×A)を求め、その合計が上記Mの値となる。上記Mの値が大きくなるとインピーダンス整合範囲が狭くなり、挿入損失が増加する。インピーダンス不整合による挿入損失の増大分は、実用的には0.5dBが限度であり、挿入損失増大量はこれ以下に抑えることが必要である。また、圧電膜の温度特性を考慮すると、比帯域は1%以上必要である。 When a plurality of 1-port SAW resonators are connected, f 0 / (N × A) is obtained for each 1-port SAW resonator, and the sum is the value of M. As the value of M increases, the impedance matching range becomes narrower and insertion loss increases. The amount of increase in insertion loss due to impedance mismatch is practically limited to 0.5 dB, and the amount of increase in insertion loss must be kept below this level. In consideration of the temperature characteristics of the piezoelectric film, the specific band is required to be 1% or more.
図10は、圧電膜として50°Yカット−LiTaO3を用いた場合に、上記Mの値を変動させたときに挿入損失の悪化が0.5dB以内に収まる比帯域を計算した結果を示す図である。図10から明らかなように、比帯域を1%以上確保するには、Mの値を0.6以下とする必要がある。 FIG. 10 is a diagram showing a result of calculating a ratio band in which the deterioration of the insertion loss is within 0.5 dB when the value of M is changed when 50 ° Y cut-LiTaO 3 is used as the piezoelectric film. It is. As is clear from FIG. 10, in order to secure a specific bandwidth of 1% or more, the value of M needs to be 0.6 or less.
上記のように、挿入損失の増大を避けるには、上記M値を圧電膜材料に応じてある値以下とするように1ポート型SAW共振子の電極構造を設計することが望ましい。 As described above, in order to avoid an increase in insertion loss, it is desirable to design the electrode structure of the 1-port SAW resonator so that the M value is not more than a certain value depending on the piezoelectric film material.
次に、図7に示した第3の実施形態のSAWフィルタの変形例について具体的に挿入損失−周波数特性を測定した実験例につき説明する。図7に示した第3の実施形態のSAWフィルタ41では、入出力側に各1個のSAW共振子50,51が接続されていたが、このSAW共振子50,51を接続しない場合の挿入損失−周波数特性を図11に示す。
Next, an experimental example in which insertion loss-frequency characteristics are specifically measured for a modification of the SAW filter of the third embodiment shown in FIG. 7 will be described. In the
また、上記図11の特性を測定したSAWフィルタの出力側に、図7に示したSAW共振子50を4個直列に接続したSAWフィルタを作製し、同様に挿入損失−周波数特性を測定した。結果を図12に示す。
Further, a SAW filter in which four
なお、図11及び図12において、実線Aは、それぞれ、通過帯域の要部を拡大して示す特性曲線であり挿入損失の大きさは図11及び図12の右側に示されているスケールにより表されている。 In FIGS. 11 and 12, a solid line A is a characteristic curve showing an enlarged main part of the passband, and the magnitude of the insertion loss is represented by the scale shown on the right side of FIGS. Has been.
図11及び図12の比較から明らかなように、4個の1ポート型SAW共振子を接続した実施形態の構造では、通過帯域の高域側における減衰量が約10〜20dB改善され、他方、通過帯域内の挿入損失は0.3dBの増加にとどまっていることがわかる。 As is clear from the comparison between FIG. 11 and FIG. 12, in the structure of the embodiment in which four 1-port SAW resonators are connected, the attenuation on the high band side of the passband is improved by about 10 to 20 dB, It can be seen that the insertion loss in the passband has only increased by 0.3 dB.
21…SAWフィルタ
22…積層基板(圧電膜/低音速膜/高音速膜/支持基板の積層構造を備える。)
221…支持基板
222…高音速膜
223…低音速膜
224…圧電膜
225、226…媒質層
23〜25…IDT
26,27…反射器
28…1ポート型SAW共振子
31…SAWフィルタ
32…積層基板
33,34…IDT
35,36…反射器
37,38…1ポート型SAW共振子
41…SAWフィルタ
42…積層基板
43〜49…IDT
50,51…1ポート型SAW共振子
61…1ポート型SAW共振子
21 ...
221 ...
26, 27 ...
35, 36 ...
50, 51 ... 1-
Claims (2)
前記弾性表面波フィルタの入出力側の少なくとも一方側に、少なくとも1個のインターデジタルトランスデューサを有する少なくとも1個の1ポート型表面波共振子が直列に接続されており、かつ前記1ポート型表面波共振子の反共振周波数が弾性表面波フィルタの通過帯域よりも高周波数側に設定されていることを特徴とする、弾性表面波フィルタ。 In a surface acoustic wave filter in which a plurality of interdigital transducers are arranged along a surface wave propagation direction on a laminated substrate having a laminated structure of a piezoelectric film / low acoustic velocity film / high acoustic velocity film / support substrate,
At least one one-port surface wave resonator having at least one interdigital transducer is connected in series to at least one of the input and output sides of the surface acoustic wave filter, and the one-port surface wave A surface acoustic wave filter, wherein an antiresonance frequency of the resonator is set to a higher frequency side than a pass band of the surface acoustic wave filter.
前記1ポート型弾性表面波共振子の共振周波数をf0 (MHz)、電極指の対数をN、交差幅をA(μm)としたときに、
1ポート型表面波共振子が1個の場合には、
前記1ポート型表面波共振子が複数個直列に接続された場合には、個々の共振子のf0 /(N×A)の合計が0.6以下となるように、前記1ポート型表面波共振子のインターデジタルトランスデューサが構成されている、請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。 The laminated substrate is made of a LiTaO 3 substrate,
When the resonance frequency of the one-port surface acoustic wave resonator is f 0 (MHz), the number of electrode fingers is N, and the crossing width is A (μm),
When there is one 1-port surface wave resonator,
When a plurality of the 1-port surface wave resonators are connected in series, the 1-port surface is adjusted so that the total of f 0 / (N × A) of the individual resonators is 0.6 or less. The surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein an interdigital transducer of a wave resonator is configured.
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